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硅钙板-泡沫混凝土界面粘结性能研究
信息来源:本站原创 添加日期:2016-2-29 浏览次数:1162次
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硅钙板-泡沫混凝土界面粘结性能研究

采用直接浇注成型的方式制备了硅钙板-泡沫混凝土复合墙板对其界面粘结性能进行研究。探讨了硅钙板处理工艺和不同添加剂对复合板界面粘结性能的影响。结果表明随着乳胶粉的掺量的增加复合板的粘结强度增大湿、干、干+胶、干+胶+凹四种处理方式的硅钙板其复合板粘结强度大小为干+胶+凹>干+胶>干>湿硅钙板相对含水率在 050%时复合板粘结强度不低于200kPa掺入增稠剂对复合板粘结强度没有不利影响但可以降低其塌模程度掺入速凝剂降低了其粘结强度 从复合板的粘结性能、泡沫混凝土浇注稳定性和生产成本综合考虑乳胶粉掺量为1%、掺入少量增稠剂、硅钙板相对含水率为50%可以制备出粘结强度较高、且不产生塌模的复合板。

关键词:泡沫混凝土硅钙板复合板粘结强度

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泡沫混凝土通常是用机械方法将发泡剂水溶液制备成泡沫再将泡沫加入到含硅质材料(砂、粉煤灰等)、钙质材料(石灰、水泥等)、水及各种外加剂等组成的料浆中经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的一种内部含有大量封闭气孔的混凝土由于泡沫混凝土具有优良的防火、保温隔热及轻质等性能已经广泛应用于屋面保温材料、轻质墙材、管线回填等领域低容重的泡沫混凝土具有更好的保温性能但是强度也随之降低不利于实际使用将泡沫混凝土制成夹芯复合板可以具有良好的保温性能同时提高了复合材料的整体力学性能夹芯复合板无需拉接件避免了拉接件导致的冷桥但由于没有拉接件的连接加固作用所以就需要复合板不同材料之间具有足够的粘结强度以保证墙板的整体性当前泡沫混凝土复合板制备方法主要有两种一种是采用粘结剂将预制的泡沫混凝土板和面板粘结成整体通过粘结剂来保证芯材与面板的粘结性能粘接剂一般采用的是有机物易老化影响泡沫混凝土与板材的粘接不利于复合板的耐久性另一种是将泡沫混凝土浆体浇注至两面板之间通过泡沫混凝土胶凝材料的粘结性能将面板粘结成整体该方法的关键是泡沫混凝土与板之间界面的粘结性能当前对泡沫混凝土的粘结性能的关注主要集中在外墙外保温体系中泡沫混凝土保温板通过粘结剂对基层的粘结性能而泡沫混凝土浆体本身对板材的粘结性能的研究尚未见报道本文针对第二种制备方法以低容重泡沫混凝土和硅钙板之间的粘结性能为对象探讨了硅钙板处理工艺和不同添加剂对泡沫混凝土复合板界面粘结性能的影响

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2.1 实验材料

水泥珠江水泥厂P.O42.5R减水剂萘系减水剂发泡剂河南华泰复合发泡剂硅钙板广东松本绿色新材股份有限公司生产的维保板瓷砖胶德高TTB 瓷砖胶Ⅰ型乳胶粉德国瓦克5010N速凝剂无水CaCl增稠剂甲基纤维素

2.2 试件制备

采用物理发泡方法制备泡沫混凝土在水平放置的150mm×100mm×6mm 的硅钙板上放置模具在模具中浇注泡沫混凝土浆体硬化成型制成规格为70mm×70mm×20mm的泡沫混凝土粘结试块如图1 所示

图1 粘结强度测试试块

2.3 实验方法

泡沫混凝土基准配合比见表1通过体积法计算和湿重来控制泡沫混凝土的密度等级试块自然养护2d后脱模标准养护至28d龄期后取出置于65℃烘箱中烘至恒重进行强度测试抗压强度测试参考JG/T266-2011《泡沫混凝土行业标准》抗折强度采用三点抗折所用试件尺寸为40mm×40mm×160mm跨距100mm加载速率为0.5mm/min粘结强度参考GB/T17371-2008《硅酸盐复合绝热涂料》中的压剪粘结强度测试方法在压头和泡沫混凝土之间垫入铁块按图2所示进行压剪粘结强度测试压头以0.5mm/min的速度下降直至试件破坏

图2 压剪粘结强度测试

表1 泡沫混凝土基准配合比(kg/m )

Cement

Water

Super-plasticizer

Accelerator agents

417

167

4.17

4.17

3 实验结果分析与讨论

3.1 乳胶粉的掺量对复合板粘结强度的影响

乳胶粉在砂浆中的研究和应用已十分普遍它可以改善砂浆的工作性、黏结力、柔性、耐磨性和耐久性乳胶粉在泡沫混凝土生产中也有应用本文在基准配合比的基础上设计容重为500kg/m3的泡沫混凝土乳胶粉掺量为胶凝材料质量的0.12%和3乳胶粉掺量对复合板粘结强度和泡沫混凝土自身力学性能的影响如图34所示由图3可以看出掺入1~3%的乳胶粉对泡沫混凝土本身的抗压强度和抗折强度没有明显不利影响

图3 不同乳胶粉掺量泡沫混凝土抗折强度和抗压强度

图4 不同乳胶粉掺量泡沫混凝土复合板粘结强度

由图4可以看出乳胶粉对复合板粘结强度的影响比较明显对于不做任何处理的干板粘结强度随乳胶粉掺量增加而逐步增加180kPa 增加到390kPa而硅钙板刷涂瓷砖胶处理后粘结强度在330~390kPa之间波动没有明显的规律采用瓷砖胶处理的试样粘结强度主要来源于粘结性能更优异的瓷砖胶所以粘结强度总体都很高而对于不做处理的干板粘结强度来源于泡沫混凝土本身从实验结果可以看出乳胶粉有助于提高泡沫混凝土-硅钙板间的粘结性能对比不同乳胶粉掺量的干板和瓷砖胶处理板的粘结强度可以看出随着乳胶粉掺量的增加干板的粘结强度逐步接近瓷砖胶处理的粘结强度掺量为3%时两者已经基本持平考虑到生产中在硅钙板上刷涂瓷砖胶会增加工序而且不好控制瓷砖胶的均匀性建议直接掺入乳胶粉来提高泡沫混凝土的粘结性能同时在实验中发现随着乳胶粉掺量的增加制备泡沫混凝土所需要的泡沫量也随之增加乳胶粉掺量为3%时泡沫混凝土所需的泡沫量约为不掺乳胶粉的2鉴于乳胶粉和发泡剂的成本过高推荐乳胶粉掺量为1

3.2 硅酸钙板的处理方式对复合板粘结强度的影响

硅酸钙板处理的方式包括(1)完全干燥硅钙板(简称干)(2)充分吸水的硅钙板(简称湿)(3)刷涂瓷砖胶的干燥硅钙板(简称干+胶)(4)刷涂瓷砖胶并用锯齿镘刀刮出凹槽的干燥硅钙板(简称干+胶+凹)泡沫混凝土容重为500kg/m3乳胶粉掺量为1硅钙板的处理方式对复合板的粘结强度影响如图5所示从图5可以看出各种处理方式中湿板的粘结强度远小于其它3种没有预先吸水处理的板只有70kPa而其它3种处理方式的粘结强度大小关系是干+胶+凹>干+胶>干干板的粘结强度为280kPa刷涂瓷砖胶之后提高到330kPa对瓷砖胶刮出凹槽提高了粘结面积使粘结强度进一步提高至370 kPa预先涂刷瓷砖胶使复合板界面粘结强度提高的原因可能是由于瓷砖胶的表面比硅钙板更粗糙增大了瓷砖胶与芯材泡沫混凝土的接触面所致

5 硅酸钙板的处理方式对复合板的粘结强度影响

干板的粘结强度明显高于湿板主要与硅钙板的吸水性有关硅钙板内部存在大量细小缝隙这些缝隙通过毛细作用使硅钙板具有很强的吸水性能能快速将表面的水吸附至硅钙板内部硅钙板的吸水作用一方面使浆体的液相进入硅钙板的孔隙之间进而在孔隙中生成水泥水化产物另一方面降低了界面处泡沫混凝土的实际水灰比使界面处浆体更加密实这两个方面共同作用导致干板制备的复合板具有更高的粘结强度

尽管干燥硅钙板的吸水特性有利于提高复合板的粘结性能但对泡沫混凝土的界面孔结构、泡沫混凝土浇注体积稳定性却带来不利的影响。

由图67可见采用湿板制备泡沫混凝土复合板其界面泡沫混凝土孔结构呈规则球状气孔独立且细小浇注体积稳定没有出现塌模情况

6 干板及湿板的界面处泡沫混凝土孔结构

而对于采用干板制备的复合板由于硅钙板吸水作用导致界面处泡沫混凝土产生排液、破泡进而导致孔结构严重劣化气孔连通且偏大泡沫混凝土产生严重塌模影响复合板的性能干燥硅钙板吸水作用造成的塌陷体积主要来自两部分一部分是被硅钙板吸收的泡沫混凝土浆体的水溶液的体积另一部分是硅钙板吸水作用导致泡沫混凝土浆体排液消泡所造成的气泡损失的体积在无法避免硅钙板吸水的前提下对于塌模和孔结构的调控可采取如下措施通过降低硅钙板的吸水速率降低界面处泡沫混凝土浆体的排液速率减少气泡的损失采用速凝或增稠等方法提高泡沫混凝土浆体的稳定性

图7 干板和湿板复合板塌模情况

3.3 硅钙板含水率对复合板粘结性能的影响

3.2可知以充分吸水的硅钙板(相对含水率为100)制备复合板泡沫混凝土塌模情况不严重但不利于复合板粘结性能而以不含水的硅钙板(相对含水率为0)制备复合板粘结性能得到改善但塌模情况严重因此本文选取硅钙板的相对含水率为0.255075%和100泡沫混凝土容重为590kg/m3乳胶粉掺量为1制备粘结强度测试试件及复合板图8为硅钙板在不同相对含水率下所测得的试件的粘结强度

由图8可以看出硅钙板的相对含水率较低时(25%和50)复合板的粘结强度达到或超过绝干硅钙板的复合板的粘结强度这可能是因为相对含水率较低的硅钙板对泡沫混凝土的吸水速率比较小减小了泡沫混凝土浆体气泡间的排液速度使得界面孔结构得到改善当相对含水率达到75%时粘结强度急剧减小50%的231kPa减小至75%的83kPa因此控制硅钙板在较低的相对含水率条件下对复合板的粘结强度有利

图8 硅钙板相对含水率对粘结强度的影响

9为不同相对含水率的硅钙板浇注泡沫混凝土后的塌模情况

图9 不同相对含水率的硅钙板的复合板塌模情况

相对含水率为0%和25%的硅钙板均产生严重的塌模顶部泡沫混凝土与硅钙板产生剥离而相对含水率为5075%和100%的硅钙板则未产生严重塌模泡沫混凝土与硅钙板粘结完整泡沫混凝土凹陷程度接近主要来自于泡沫混凝土浆体本身产生的凹陷综合比较硅钙板在不同相对含水率下复合板的粘结强度和塌模情况当相对含水率为50%时复合板具有较高的粘结强度且不会因为自身吸水对浇注体积稳定性产生明显不利影响可以将硅钙板的相对含水率定为50制备复合板

3.4 增稠剂和速凝剂对复合板粘结性能的影响

制备容重为500kg/m3乳胶粉掺量为1%的泡沫混凝土其中J-1不含增稠剂和速凝剂J-2在J-1基础上掺入0.05%的增稠剂甲基纤维素J-3在J-2基础上掺入0.2%的速凝剂

增稠剂和速凝剂对泡沫混凝土抗压强度及复合板粘结强度影响见表2由表2可知增稠剂和速凝剂的掺入并未给泡沫混凝土抗压强度带来明显的不利影响3配比的抗压强度均在2.00MPa 以上而在粘结强度方面J-1和J-2的粘结强度均在较高的水平而速凝剂的掺入使复合板的粘结强度明显下降J-2的253kPa下降至J-3的152 kPa降低了40

表2 增稠剂和速凝剂对抗压强度和粘结强度的影响

 

J-1

J-2

J-3

抗压强度/MPa

2.55

2.10

2.19

粘结强度/kPa

221

253

152

增稠剂和速凝剂对复合板浇注塌模情况的影响如图10所示由图10可以看出试件J-1的塌模情况最严重塌模深度为50mm

10 J-1-3复合板中泡沫混凝土的塌模程度

试件J-2由于增稠剂的掺入明显改善了泡沫混凝土的浇注体积稳定性减小了塌模程度塌模深度为20mm这是因为增稠剂具有增稠和稳泡作用降低了泡沫混凝土的排液速度提高了气泡的稳定性速凝剂的掺入进一步改善了泡沫混凝土的浇注体积稳定性试件J-3的塌模深度最小10mm这是因为在增稠作用的基础上同时掺入速凝剂缩短了泡沫混凝土的凝结时间加速气泡在泡沫混凝土中的固化但是速凝剂的掺入对粘结强度产生了明显的不利影响这是因为速凝剂加快了泡沫混凝土水化产物生成水化产物的过早生成阻碍了硅钙板对泡沫混凝土浆体的吸水作用导致粘结强度下降相比之下增稠剂的掺入并未给粘结强度带来不利影响因为增稠剂并未对泡沫混凝土凝结时间产生明显影响保证了硅钙板对泡沫混凝土的吸水作用同时其稳泡作用降低了泡沫混凝土在硅钙板吸水作用下的消泡程度

增稠剂和速凝剂均能提高复合板浇注体积稳定性但是速凝作用可能导致复合板粘结强度降低为了兼顾泡沫混凝土的粘结性能和浇注体积稳定性在实际生产中建议以增稠为主速凝为辅

4 结 论

1)硅钙板上预先涂刷瓷砖胶可提高复合板界面粘结强度在泡沫混凝土中掺入乳胶粉可以明显提高硅钙板-泡沫混凝土界面粘结强度乳胶粉掺量达到3%时干板和瓷砖胶处理的板粘结强度基本接近为了生产工序的简化建议不采用涂刷瓷砖胶方法来提高粘结强度乳胶粉的掺入会增大泡沫的使用量推荐乳胶粉掺量为1

2)干燥硅钙板的吸水效应能提高复合板的粘结强度但硅钙板剧烈吸水会引起泡沫混凝土塌模影响产品性能当硅钙板相对含水率为50%时泡沫混凝土不会由于被硅钙板吸水产生严重的塌模现象同时复合板具有较高的粘结强度

3)掺入适量的增稠剂可以降低泡沫混凝土的塌模程度同时复合板具有较高的粘结强度而速凝剂可以进一步降低泡沫混凝土塌模程度但同时降低了复合板的粘结强度建议以增稠为主速凝为辅

 

 

 

---摘自《功能材料》2015年第22期(46)卷

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